(57)【要約】【課題】半導体装置などの発熱体を、より確実に、冷却し得る冷却装置を提供する。【解決手段】半導体装置１に熱結合された蒸発器３内に形成されて冷媒を導き吸熱を行うための蒸発室２と、この蒸発室２にて吸熱を行った冷媒を導き放熱用ファン装置４により放熱させる凝縮器５と、この凝縮器５にて放熱が行われた冷媒を蒸発室２に移送する第１冷媒移送管６と、蒸発室２からの冷媒を凝縮器５に移送する第２冷媒移送管７と、第１冷媒移送管６の途中に設けられた冷媒ポンプ８とからなる冷却系統Ａ，Ｂを、１個の半導体装置１に対して２つ具備させるとともに、２つの蒸発室２（２Ａ，２Ｂ）における冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるようにしたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に熱結合された吸熱器内に設けられて冷媒を導き吸熱を行うための吸熱室と、この吸熱室にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器にて放熱が行われた冷媒を上記吸熱室に移送する第１冷媒移送管と、上記吸熱室からの冷媒を上記放熱器に移送する第２冷媒移送管と、上記第１冷媒移送管の途中に設けられた冷媒ポンプとからなる冷却系統を、１個の発熱体に対して２つ具備させたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
２つの吸熱室における冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータシステムにおける発熱体、例えばマイクロプロセッサなどの半導体装置を冷却するための冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ，ＭＰＵ）などの半導体装置（半導体素子ともいう）の集積度が極めて高くなり、それに伴い発熱量が増大し、このため、半導体装置には冷却装置が具備されている。
【０００３】
ところで、この種の冷却装置としては、半導体装置の表面に放熱板を単に張り付けただけのものもあるが、より積極的に且つ大量の熱を放熱するために冷媒を使用したものがある。
【０００４】
従来、この冷媒を使用した冷却装置としては、図２に示すように、基板上に配置された半導体装置２１の表面に取り付けられるとともに内部に冷媒液を導き蒸発を行う蒸発室が形成された蒸発器２２と、この蒸発器２２からの冷媒蒸気（実際には、気液二相流である）を凝縮室に導き具備された放熱用ファン装置２３により冷却されて凝縮を行う凝縮器２４と、この凝縮器２４にて凝縮された冷媒液を上記蒸発器２２に移送する第１冷媒移送管２５と、上記蒸発器２２にて蒸発された冷媒蒸気を上記凝縮器２４に移送する第２冷媒移送管２６と、上記第１冷媒移送管２５の途中に設けられて冷媒液を凝縮器２４から蒸発器２２に移送するための冷媒ポンプ２７とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
そして、この冷却装置において、凝縮器２４から蒸発器２２に冷媒液が移送され、ここで半導体装置２１にて発生した熱により冷媒液が気化されて冷媒蒸気となる。すなわち、冷媒の蒸発潜熱により半導体装置２１が冷却される。
【０００６】
蒸発器２２にて発生した冷媒蒸気は凝縮器２４に導かれ、ここで放熱用ファン装置２３により冷却されて凝縮し、再び蒸発器２２に移送されることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２１９７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の冷却装置の構成によると、第１冷媒移送管２５に設けられている冷媒ポンプ２７は一台であり、この冷媒ポンプ２７が故障した場合、蒸発器２２には冷媒が移送されなくなり、半導体装置２１が冷却されず異常動作を引き起こしたり、または動作が停止してしまう。この冷却装置が大型コンピュータシステムにおけるサーバの半導体装置用として設けられている場合には、システム停止の被害が甚大なものとなり、したがって半導体装置の冷却が確実に行われることが望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、半導体装置などの発熱体を、より確実に、冷却し得る冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る冷却装置は、発熱体に熱結合された吸熱器内に設けられて冷媒を導き吸熱を行うための吸熱室と、この吸熱室にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器にて放熱が行われた冷媒を上記吸熱室に移送する第１冷媒移送管と、上記吸熱室からの冷媒を上記放熱器に移送する第２冷媒移送管と、上記第１冷媒移送管の途中に設けられた冷媒ポンプとからなる冷却系統を、１個の発熱体に対して２つ具備させたものである。
【００１１】
上記の構成によると、１個の発熱体を冷却し得る冷却系統を２つ具備したので、一方の冷却系統に故障が生じた場合でも、他方の冷却系統でもって発熱体の冷却を続行し得る。
【００１２】
また、請求項２に係る冷却装置は、請求項１に記載の冷却装置において、２つの吸熱室における冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるようにしたものである。上記の構成によると、１個の発熱体に熱結合される２つの吸熱室での冷媒の流れ方向が互いに逆方向にされているので、２つの吸熱室でもって１個の発熱体の吸熱を行う際に、その表面における吸熱度合いの均一化を図り得る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る冷却装置を、図１に基づき説明する。
この冷却装置は、例えば大型コンピュータシステムのサーバに設けられているマイクロプロセッサ（ＣＰＵ，ＭＰＵ）などの半導体装置（発熱体の一例で、半導体素子ともいい、マイクロプロセッサ以外の部品で、例えばハードディスクなどであってもよい）を、冷媒（Ｒ１３４ａなどの代替フロンまたは水）を用いて冷却するためのものである。
【００１４】
この冷媒を使用した冷却装置は、半導体装置にて発生した熱を吸収するとともにこの吸収した熱を放出するための冷媒を循環させて冷却を行う冷却系統を２つ具備したものである。
【００１５】
この冷却装置には、図１に示すように、半導体装置１に熱結合されて、すなわちその表面に取り付けられて、内部に冷媒液を導き蒸発を行う［半導体装置にて発生した熱が冷媒に吸収（吸熱）される］２つの蒸発室（吸熱室の一例）２（２Ａ，２Ｂ）が形成された蒸発器（吸熱器の一例）３およびこれら各蒸発室２Ａ，２Ｂに冷媒を循環させる冷媒循環系統が２つ設けられており、１つの蒸発室２と、この蒸発室２に冷媒を導き放熱を行う１つの冷媒循環系統とにより、１つの冷却系統が構成される。なお、上記両蒸発室２Ａ，２Ｂは、蒸発器３内に仕切板３ａが配置されることにより形成されている。
【００１６】
上記各冷媒循環系統は、各蒸発室２Ａ，２Ｂからの冷媒蒸気（実際には、気液二相流の状態になっているが、以下、冷媒蒸気と称する）を凝縮室（図示せず）に導くとともに所定位置に設けられた放熱用ファン装置４（４Ａ，４Ｂ）によりそれぞれ冷却されて［冷媒の持つ熱が放出（放熱）される］凝縮を行う２つの凝縮器（放熱器の一例）５（５Ａ，５Ｂ）と、これら各凝縮器５Ａ，５Ｂにて凝縮された冷媒液を上記蒸発室２Ａ，２Ｂにそれぞれ移送する第１冷媒移送管６（６Ａ，６Ｂ）と、上記各蒸発室２Ａ，２Ｂにて蒸発された冷媒蒸気を上記凝縮器５Ａ，５Ｂにそれぞれ移送する第２冷媒移送管７（７Ａ，７Ｂ）と、上記各第１冷媒移送管６Ａ，６Ｂの途中に設けられて冷媒液を凝縮器５Ａ，５Ｂから蒸発室２Ａ，２Ｂにそれぞれ移送するための２つの冷媒ポンプ８（８Ａ，８Ｂ）とから構成されている。
【００１７】
簡単に言えば、一方の冷却系統（Ａ）は、蒸発器３内に設けられた蒸発室２Ａ、凝縮器５Ａ、途中に冷媒ポンプ８Ａが設けられた第１冷媒移送管６Ａおよび第２冷媒移送管７Ａにより構成され、また他方の冷却系統（Ｂ）は、蒸発器３内に設けられた蒸発室２Ｂ、凝縮器５Ｂ、途中に冷媒ポンプ８Ｂが設けられた第１冷媒移送管６Ｂおよび第２冷媒移送管７Ｂにより構成されている。
【００１８】
また、上記蒸発器３における各蒸発室２Ａ，２Ｂは、例えば平面視が矩形状で且つ高さが数ミリ程度の空間部にされており、さらに上記各凝縮器５Ａ，５Ｂについては、例えばフィン付きのパイプが蛇行状に配置されたものが用いられた場合、そのパイプの内部が凝縮室となる。
【００１９】
さらに、上記各蒸発室２Ａ，２Ｂに導かれる冷媒の流れ方向は、矢印ａ，ｂにて示すように、互いに逆方向となるようにされている。すなわち、蒸発室２Ａ，２Ｂ内における冷媒液は、仕切板３ａに沿って互いに１８０度異なる方向で流される。
【００２０】
上記構成において、サーバが稼動している間は、当然に、半導体装置１が発熱している状態が続いており、したがって両冷媒ポンプ８Ａ，８Ｂにより冷媒液が第１冷媒移送管６Ａ，６Ｂを介して各蒸発室２Ａ，２Ｂに移送される。そして、蒸発室２Ａ，２Ｂに移送された冷媒液は、互いに逆方向でもって流れて半導体装置１で発生した熱を奪い冷媒蒸気となる。すなわち、冷媒液の蒸発潜熱により、半導体装置１が冷却される。
【００２１】
この蒸発室２Ａ，２Ｂにて発生した冷媒蒸気は第２冷媒移送管７Ａ，７Ｂを介して凝縮器５Ａ，５Ｂに導かれ、ここで放熱用ファン装置４Ａ，４Ｂからの送風により放熱が行われ、冷媒蒸気は冷媒液となり（凝縮され）、再び、冷媒ポンプ８Ａ，８Ｂにより、第１冷媒移送管６Ａ，６Ｂを介して蒸発室２Ａ，２Ｂに移送されて、冷却サイクルが続行されることになる。
【００２２】
ところで、２つの冷却系統の内、例えば一方の冷却系統における冷媒ポンプ８に異常が生じ、冷媒を移送できなくなった場合には、他方の冷却系統だけで他方の蒸発室２への移送が行われ、冷却サイクルが続行される。なお、この場合、冷却能力が半分になるが、半導体装置１の最小限の動作を確保できるようにされており、したがってサーバとしての高い信頼性を維持することができる。
【００２３】
このように、１個の半導体装置１を冷却し得る蒸発室２を２つ設けるとともにこれら各蒸発室２に冷媒を循環させる冷媒循環系統を２つ、すなわち冷却系統を２つ具備したので、一方の冷却系統に故障が生じた場合でも、他方の冷却系統でもって半導体装置１の冷却を続行することができる。すなわち、半導体装置１を確実に冷却することができるので、この冷却装置を、大型コンピュータシステムのサーバなどに用いた場合には、システム停止を防止することができる。
【００２４】
また、両蒸発室２への冷媒の供給方向が互いに逆方向となるようしたので、２つの蒸発室２Ａ，２Ｂでもって１個の半導体装置１の吸熱を行う際に、その表面における冷媒の流れ方向での吸熱量の均一化を図ることができ、したがって半導体装置１を均一に冷却することができる。さらに、冷媒が水のような一相の液体である場合には、仕切板３ａを介して両側を流れる冷媒温度の平均化が図られ、したがってこの場合も、半導体装置１を均一に冷却することができる。勿論、両蒸発室２Ａ，２Ｂへの冷媒の供給方向を、同一方向にすることもできる。
【００２５】
ところで、上記実施の形態においては、１個の蒸発器内に２つの蒸発室を形成するようにしたが、例えばそれぞれ蒸発室が形成された蒸発器を２つ、１個の半導体装置の表面に、且つ中央部分で互いに接触させて取り付けるようにしてもよい。この場合、半導体装置の中央部分での冷却能力が低下するのを防止するために、互いに接触して設けられる蒸発器の壁部の厚みが、できるだけ薄くされる。
【００２６】
さらに、上記実施の形態においては、冷媒の蒸発・凝縮などの潜熱を利用して熱の授受を行う場合について説明したが、冷媒（例えば、水である場合）の顕熱を利用して熱の授受を行わせることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の冷却装置の構成によると、１個の発熱体を冷却し得る冷却系統を２つ具備したので、一方の冷却系統に故障が生じた場合でも、他方の冷却系統でもって半導体装置の冷却を続行することができる。すなわち、発熱体を確実に冷却することができるので、この冷却装置を、例えば大型コンピュータシステムのサーバに設けられた半導体装置の冷却に用いた場合には、システム停止を防止することができる。
【００２８】
また、１個の発熱体に熱結合される２つの吸熱室での冷媒の流れ方向が互いに逆方向にされているので、２つの吸熱室でもって１個の発熱体の吸熱を行う際に、その表面における吸熱度合い（吸熱分布）の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置の概略構成を示す図である。
【図２】従来例に係る冷却装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１      半導体装置
２      蒸発室
３      蒸発器
４      放熱用ファン装置
５      凝縮器
６      第１冷媒移送管
７      第２冷媒移送管
８      冷媒ポンプ
【図１】
2005019908.tif 000003
【図２】
2005019908.tif 000004